技术领域
[0001] 本
发明涉及一种血压与血氧饱和度的同时检测装置及检测方法，属于桡骨动脉检测技术领域。
背景技术
[0002] 目前，在临床或日常健康检测时的血压间接测量方法有多种。例如，传统的以上臂肱动脉为检测对象的基于柯氏法的
水银式
血压计血压测量方法；以
手腕处的桡骨动脉为检测对象的基于压
力示波法的
电子血压计血压测量方法，以及基于容积振动法的电子血压计血压测量方法；以指动脉为检测对象的基于容积振动法的电子血压计血压测量方法等。而对于血氧饱和度的间接测量方法通常是以指动脉为检测对象，采用双
波长分光法进行动脉血的血氧饱和度测量。在使用上述方法对血压和血氧饱和度进行测量时，血压的测量需要单独的血压计，血氧饱和度的测量也需要单独的血氧饱和度检测仪。即便是使用多功能检测仪来同时测量血压与血氧饱和度，其内部的测量过程还是分别采用单独的光电
传感器来实现的，两者不能兼用。这样，就造成了检测装置的电子元件多及结构复杂等问题；同时，这种方法也不能实现对静脉血的血氧饱和度的间接测量。
发明内容
[0003] 本发明是为了解决现有血压与血氧饱和度的检测需要分别采用单独的传感器来实现，造成检测装置的电子元件多及结构复杂的问题，提供一种血压与血氧饱和度的同时检测装置及检测方法。
[0004] 本发明所述血压与血氧饱和度的同时检测装置，它包括
袖带，它还包括脉冲发生器、光电容积传感器、波峰保持器、第一高通
滤波器、第一
低通滤波器、第二
高通滤波器、第二低通滤波器、A/D转换器、D/A转换器、计算机、电空变换器、气
泵、功率
放大器和
压力传感器，
[0005] 气泵通过管路为袖带供气，电空变换器设置在气泵与袖带之间的管路上，电空变换器的控制
信号输入端连接
功率放大器的
控制信号输出端，功率放大器的控制信号输入端连接D/A转换器的
模拟信号输出端，D/A转换器的
数字信号输入端连接计算机的控制信号输出端；
[0006] 压力传感器的压力采集端通过管路与电空变换器和袖带之间的管路连通，压力传感器的压力信号输出端连接A/D转换器的压力信号输入端；
[0007] 光电容积传感器设置于袖带内，光电容积传感器由第一波长发光
二极管、第二波长
发光二极管和
光电二极管组成，脉冲发生器的第一脉冲信号输出端连接第一波长发光二极管的脉冲信号输入端，脉冲发生器的第二脉冲信号输出端连接第二波长发光二极管的脉冲信号输入端，脉冲发生器的第三脉冲信号输出端连接光电二极管的第一驱动信号输入端，脉冲发生器的第四脉冲信号输出端连接光电二极管的第二驱动信号输入端，脉冲发生器的第一脉冲信号和第三脉冲信号同时导通或关闭，脉冲发生器的第二脉冲信号和第四脉冲信号同时关闭或导通，光电二极管分别用于采集第一波长发光二极管和第二波长发光二极管的光电容积信号，光电二极管的采集信号输出端连接波峰保持器的采集信号输入端，波峰保持器的对应于第一波长发光二极管的波长信号输出端同时连接第一高通滤波器的光波信号输入端和第一低通滤波器和光波信号输入端，第一高通滤波器的光波信号输出端连接A/D转换器的第一模拟信号输入端，第一低通滤波器的光波信号输出端连接A/D转换器的第二模拟信号输入端，波峰保持器的对应于第二波长发光二极管的波长信号输出端同时连接第二高通滤波器的光波信号输入端和第二低通滤波器和光波信号输入端，第二高通滤波器的光波信号输出端连接A/D转换器的第三模拟信号输入端，第二低通滤波器的光波信号输出端连接A/D转换器的第四模拟信号输入端，A/D转换器的数字信号输出端连接计算机的采集信号输入端。
[0008] 第一波长发光二极管的发光波长为940nm，第二波长发光二极管的发光波长为805nm，光电二极管的感光波长中心范围为805nm至940nm。
[0010] 所述脉冲发生器的第一脉冲信号和第二脉冲信号的关系为：在脉冲发生器脉冲信号的一个循环周期内，第一脉冲信号和第二脉冲信号的导通时间各为1/3周期，第一脉冲信号和第二脉冲信号交替导通或关闭的时间差为1/6周期。
[0011] 基于上述血压与血氧饱和度的同时检测装置的血压与血氧饱和度的同时检测方法，它包括以下步骤：
[0012] 步骤一：将光电容积传感器设置在袖带内表面与
皮肤的
接触面之间；
[0013] 步骤二：通过调节电空变换器来调节进入袖带内的进气量，使袖带内的压力以5mmHg/S的速率上升，直至达到规定的压力；
[0014] 步骤三：控制脉冲发生器输出四个脉冲信号，使脉冲发生器的第一脉冲信号和第三脉冲信号同时导通的同时，第二脉冲信号和第四脉冲信号同时关闭；脉冲发生器的第二脉冲信号和第四脉冲信号同时导通的同时，第一脉冲信号和第三脉冲信号同时关闭，来实现对两个发光二极管的间歇驱动，同时光电二极管在每个发光二极管分别点亮的同时，采集相应的发光二极管的光电容积信号；
[0015] 步骤四：波峰保持器根据脉冲发生器的脉冲逻辑将光电二极管检测获得的两种波长的反射
光信号分别输出，由计算机对所有的采集数据进行处理，获得被检测部位的血压与血氧饱和度数值。
[0016] 步骤四中计算机对采集数据进行处理获得血压数值的方法为：计算机将A/D转换器采集获得的第二高通滤波器的光波信号与压力传感器采集获得的袖带内的压力信号采用容积振动法进行计算，得到平均血压和伸缩压的数值，并经计算得到舒张压的数值。
[0017] 步骤四中计算机对采集数据进行处理获得血氧饱和度数值的方法为：
[0018] 首先，当被检测部位没有受到袖带压迫时，其吸光度Aλi为：
[0019]
[0020] I0λi为入射光量，Iλi为反射光量，λi=λ1，λ2，λ1为对应于第一波长发光二极管的光波信号，λ2为对应于第二波长发光二极管的光波信号，
[0021] 为还原血红蛋白Hb的吸光系数，
[0022] 为动脉血液的还原血红蛋白Hb浓度， 为氧合血红蛋白Hbo的吸光系数，为动脉血液的氧合血红蛋白Hbo浓度，
[0023] da为动脉血液的光路长度， 为动脉血液的还原血红蛋白Hb浓度， 为动脉血液的氧合血红蛋白Hbo浓度，
[0024] dv为静脉血液的光路长度， 为肌肉组织的吸光系数，Ct为肌肉组织的浓度，[0025] dt为肌肉组织的光路长度， 为散乱光的吸收；
[0026] 当被检测部位受到的袖带压迫使动脉血管不发生变化，只有静脉血管发生变化时，对应于第一波长发光二极管的波长λ1和第二波长发光二极管的波长λ2分别在V1状态下的吸光度 和V2状态下的吸光度 和 分别为：
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031] 由于在v1、v2状态下动脉血管中的血液和肌肉组织的吸光度不发生变化，并假定在袖带加压的微小的区间内来自散乱光的吸收不变，则静脉血液两波长光的吸光度的差和 分别为：
[0032]
[0033]
[0034] 式中 为v1与v2状态下静脉血液的光路长度差，
[0035] 当被检测部位受到的袖带压迫使动静脉血管闭
锁，肌肉组织与散乱光的吸光特性不变，只有动脉血管中的血液的光路发生变化，假定对应于第一波长发光二极管的波长λ1和第二波长发光二极管的波长λ2分别为a1和a2状态时，动脉血液两波长光的吸光度的差和 分别为：
[0036]
[0037]
[0038] 为a1和a2状态下动脉血液的光路长度差，
[0039] 用SvO2表示静脉血氧饱和度，SaO2表示
动脉血氧饱和度，则
[0040]
[0041]
[0042] 对上述所有公式求解获得静脉血氧饱和度SvO2和动脉血氧饱和度SaO2：
[0043]
[0044]
[0045] 式中β为λ2选择还原血红蛋白Hb与氧合血红蛋白Hbo具有等吸收点波长时还原血红蛋白Hb与氧合血红蛋白Hbo的吸收系数。
[0046] 所述还原血红蛋白Hb与氧合血红蛋白Hbo具有的等吸收点波长为805nm。
[0047] 本发明的优点是：本发明在使用中以桡骨动脉为检测对象，能够实现对血压与动、静脉血的血氧饱和度进行同时检测，它实现了对静脉血的血氧饱和度的间接测量。本发明可使用在血氧饱和度较低和末梢循环很差的情况下，检测的
精度高，实现了静脉血氧饱和度无创性检测，提高了检测
稳定性，简化了结构，降低了成本，并可实现装置的小型化。
附图说明
[0049] 图2为本发明的检测原理图；
[0050] 图3为对应于图2的吸光度曲线图；
[0051] 图4为还原血红蛋白Hb与氧合血红蛋白Hbo对红光与红外光的吸收曲线图。
具体实施方式
[0052] 具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述血压与血氧饱和度的同时检测装置，它包括袖带1，它还包括脉冲发生器2、光电容积传感器3、波峰保持器4、第一高通滤波器5-1、第一低通滤波器5-2、第二高通滤波器5-3、第二低通滤波器5-4、A/D转换器6、D/A转换器7、计算机8、电空变换器9、气泵10、功率放大器11和压力传感器12，
[0053] 气泵10通过管路为袖带1供气，电空变换器9设置在气泵10与袖带1之间的管路上，电空变换器9的控制信号输入端连接功率放大器11的控制信号输出端，功率放大器11的控制信号输入端连接D/A转换器7的模拟信号输出端，D/A转换器7的数字信号输入端连接计算机8的控制信号输出端；
[0054] 压力传感器12的压力采集端通过管路与电空变换器9和袖带1之间的管路连通，压力传感器12的压力信号输出端连接A/D转换器6的压力信号输入端；
[0055] 光电容积传感器3设置于袖带1内，光电容积传感器3由第一波长发光二极管、第二波长发光二极管和光电二极管组成，脉冲发生器2的第一脉冲信号输出端连接第一波长发光二极管的脉冲信号输入端，脉冲发生器2的第二脉冲信号输出端连接第二波长发光二极管的脉冲信号输入端，脉冲发生器2的第三脉冲信号输出端连接光电二极管的第一驱动信号输入端，脉冲发生器2的第四脉冲信号输出端连接光电二极管的第二驱动信号输入端，脉冲发生器2的第一脉冲信号和第三脉冲信号同时导通或关闭，脉冲发生器2的第二脉冲信号和第四脉冲信号同时关闭或导通，光电二极管分别用于采集第一波长发光二极管和第二波长发光二极管的光电容积信号，光电二极管的采集信号输出端连接波峰保持器4的采集信号输入端，波峰保持器4的对应于第一波长发光二极管的波长信号输出端同时连接第一高通滤波器5-1的光波信号输入端和第一低通滤波器5-2和光波信号输入端，第一高通滤波器5-1的光波信号输出端连接A/D转换器6的第一模拟信号输入端，第一低通滤波器5-2的光波信号输出端连接A/D转换器6的第二模拟信号输入端，波峰保持器4的对应于第二波长发光二极管的波长信号输出端同时连接第二高通滤波器5-3的光波信号输入端和第二低通滤波器5-4和光波信号输入端，第二高通滤波器5-3的光波信号输出端连接A/D转换器6的第三模拟信号输入端，第二低通滤波器5-4的光波信号输出端连接A/D转换器6的第四模拟信号输入端，A/D转换器6的数字信号输出端连接计算机8的采集信号输入端。
[0056] 本实施方式中，设置有功率放大器11，由于D/A转换器7输出的指令信号一般较小，难以控制电空变换器9的动作。因此，在D/A转换器7与电空变换器9之间设置功率放大器11，将输出的
电压信号进行功率放大，达到控制电空变换器9动作、调节进入袖带的空气量，使袖带内的压力以一定的速率上升的目的。
[0057] 具体实施方式二：本实施方式为对实施方式一的进一步说明，第一波长发光二极管的发光波长为940nm，第二波长发光二极管的发光波长为805nm，光电二极管的感光波长中心范围为805nm至940nm。
[0058] 光电容积传感器3由两个不同波长的发光二极管LED和一个光电二极管PD组成。两波长LED作为
光源可采用一体型结构。吸收反射光的PD其感光波长需
覆盖805nm和
940nm的范围，即可以有效吸收两波长LED的反射光。
[0059] 具体实施方式三：本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，脉冲发生器2的驱动频率为500Hz。
[0060] 具体实施方式四：本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，所述脉冲发生器2的第一脉冲信号和第二脉冲信号的关系为：在脉冲发生器2脉冲信号的一个循环周期内，第一脉冲信号和第二脉冲信号的导通时间各为1/3周期，第一脉冲信号和第二脉冲信号交替导通或关闭的时间差为1/6周期。
[0061] 具体实施方式五：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式一所述血压与血氧饱和度的同时检测装置的血压与血氧饱和度的同时检测方法，它包括以下步骤：
[0062] 步骤一：将光电容积传感器3设置在袖带1内表面与皮肤的接触面之间；
[0063] 步骤二：通过调节电空变换器9来调节进入袖带1内的进气量，使袖带1内的压力以5mmHg/S的速率上升，直至达到规定的压力；
[0064] 步骤三：控制脉冲发生器2输出四个脉冲信号，使脉冲发生器2的第一脉冲信号和第三脉冲信号同时导通的同时，第二脉冲信号和第四脉冲信号同时关闭；脉冲发生器2的第二脉冲信号和第四脉冲信号同时导通的同时，第一脉冲信号和第三脉冲信号同时关闭，来实现对两个发光二极管的间歇驱动，同时光电二极管在每个发光二极管分别点亮的同时，采集相应的发光二极管的光电容积信号；
[0065] 步骤四：波峰保持器4根据脉冲发生器2的脉冲逻辑将光电二极管检测获得的两种波长的反射光信号分别输出，由计算机8对所有的采集数据进行处理，获得被检测部位的血压与血氧饱和度数值。
[0066] 本实施方式中，由电空变换器9和气泵10组成的袖带压力调节系统中，气泵10是常供气的，因此进入袖带内空气量的多少是由电空变换器9调节自身电磁
阀开口的大小来确定的。与此同时，袖带内进气量带来的压力变化通过压力传感器12检出。
[0067] 本实施方式的步骤二中所述的规定压力，对于一般使用者而言可定为使用者的正常压力上加30～50mmHg。
[0068] 具体实施方式六：本实施方式为对实施方式五的进一步说明，步骤四中计算机8对采集数据进行处理获得血压数值的方法为：计算机8将A/D转换器6采集获得的第二高通滤波器5-3的光波信号与压力传感器12采集获得的袖带1内的压力信号采用容积振动法进行计算，得到平均血压和伸缩压的数值，并经计算得到舒张压的数值。
[0069] 关于血压数值的计算方法：对于光电容积传感器3中的一个发光二极管，通过检λ测其光电容积PGac信号，或反射光的变化量ΔI 信号，利用容积振动法确定间接血压的最高值SBP以及平均值MBP
[0070] 具体实施方式七：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式五或六的进一步说明，步骤四中计算机8对采集数据进行处理获得血氧饱和度数值的方法为：
[0071] 首先，当被检测部位没有受到袖带1压迫时，其吸光度Aλi为：
[0072]
[0073] I0λi为入射光量，Iλi为反射光量，λi=λ1，λ2，λ1为对应于第一波长发光二极管的光波信号，λ2为对应于第二波长发光二极管的光波信号，
[0074] 为还原血红蛋白Hb的吸光系数，
[0075] 为动脉血液的还原血红蛋白Hb浓度， 为氧合血红蛋白Hbo的吸光系数，为动脉血液的氧合血红蛋白Hbo浓度，
[0076] da为动脉血液的光路长度， 为动脉血液的还原血红蛋白Hb浓度， 为动脉血液的氧合血红蛋白Hbo浓度，
[0077] dv为静脉血液的光路长度， 为肌肉组织的吸光系数，Ct为肌肉组织的浓度，[0078] dt为肌肉组织的光路长度， 为散乱光的吸收；
[0079] 当被检测部位受到的袖带1压迫使动脉血管不发生变化，只有静脉血管发生变化时，对应于第一波长发光二极管的波长λ1和第二波长发光二极管的波长λ2分别在V1状态下的吸光度 和V2状态下的吸光度 和 分别为：
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084] 由于在v1、v2状态下动脉血管中的血液和肌肉组织的吸光度不发生变化，并假定在袖带加压的微小的区间内来自散乱光的吸收不变，则静脉血液两波长光的吸光度的差和 分别为：
[0085]
[0086]
[0087] 式中 为v1与v2状态下静脉血液的光路长度差，
[0088] 当被检测部位受到的袖带1压迫使动静脉血管闭锁，肌肉组织与散乱光的吸光特性不变，只有动脉血管中的血液的光路发生变化，假定对应于第一波长发光二极管的波长λ1和第二波长发光二极管的波长λ2分别为a1和a2状态时，动脉血液两波长光的吸光度的差 和 分别为：
[0089]
[0090]
[0091] 为a1和a2状态下动脉血液的光路长度差，
[0092] 用SvO2表示静脉血氧饱和度，SaO2表示动脉血氧饱和度，则
[0093]
[0094]
[0095] 对上述所有公式求解获得静脉血氧饱和度SvO2和动脉血氧饱和度SaO2：
[0096]
[0097]
[0098] 式中β为λ2选择还原血红蛋白Hb与氧合血红蛋白Hbo具有等吸收点波长时还原血红蛋白Hb与氧合血红蛋白Hbo的吸收系数。
[0099] 本发明中所涉及的动、、静脉血氧饱和度检测原理是：
[0100] 本发明采用两波长分光法进行动静脉血氧饱和度检测，考虑到人体检测部位的不同组织对透过光或反射光的吸收情况不同，可将检测部位简
化成由肌肉组织、动脉和静脉构成的光学吸收模型，如图2所示。当通过袖带1给检测部位加压时，由于肌肉组织不可压缩，即加压过程中其厚度不发生变化，因此可考虑肌肉组织的光学特性是不变的。而静脉血管和动脉血管在袖带压力的作用
下管内体积会不断缩小直至闭锁，由此带来了吸光特性的变化。首先，静脉血管的压力低，在袖带压的作用下先
变形以致被完全压闭；而后，动脉血管逐渐被加压，以致动脉血管被完全压闭。将袖带1加压过程中吸光特性的变化记录下来，可以发现在吸光特性曲线上因静、动脉血管的力学特性不同有一个拐点存在。即，这个拐点的以前的部分是静脉血液的吸光特性的变化，以后的部分是动脉血液的吸光特性的变化。这样，就可以拐点为分界，通过吸光特性将静、动脉血液的成分分离出来。
[0101] 本实施方式中当被检测部位没有受到袖带1压迫时，其吸光度Aλi的获得方法是根据Beer-Lambert定律获得的。由图2和图3可知，当袖带压较小时，动脉血管不发生变化，只有静脉血管发生变化。因此其对应的状态为V1,V2。当检测部位加压到图3中所示的a1、a2状态时，静脉血管已经闭锁，肌肉组织与散乱光的吸光特性的假定不变，则只有动脉血管中的血液的光路发生变化。
[0102] 通过静脉血氧饱和度SvO2和动脉血氧饱和度SaO2的计算公式还可以算出代谢后血氧差，即：
[0103]
[0104] 公式中的系数β， 可通过图4所示的Hb与Hbo对红光与红外光的吸收曲线求出，但考虑到
光电传感器特性实际的离散性，通常还要通过实验定标来确定。
[0105] 本实施方式中，通过检测两个LED的反射光Iλ信号，并进行取对数等相关处理计算出动、静脉血氧饱和度。两波长LED采用脉冲驱动，驱动频率可选为500Hz。为了得到每个LED对检测部位的吸收情况，对两个LED实行间歇驱动。即，一个LED点亮时，另一个LED熄灭，反之亦然。与其相对应，PD也是间歇接通，分别检测出两波长LED的反射光信号，并通过
采样保持回路使检测到的信号成为连续的曲线。局部加压袖带中的压力信号是通过一个内装
温度补偿和信号放大的压力传感器检出，作为确定血管内部血压的依据。上述检出的光
电信号与压力信号通过16位A/D转换器输入到计算机中，并在这里进行数据的处理、记录与存储；与此同时，袖带内压力的控制计算也在这里进行，并由这里向电空变换器9下达指令，控制进入袖带的空气量，使袖带内的压力以一定的速率上升。
[0106] 具体实施方式八：本实施方式为对实施方式七的进一步说明，所述还原血红蛋白Hb与氧合血红蛋白Hbo具有的等吸收点波长为805nm。
